Уменьшить , самый простой и незатейливый способ, но и пользы от него мало. Уменьшив напряжение питания c 10 до 7,5 В, т. е на одну четрверть,  диапазон увеличится незначительно с 570 до 571 об/с, и напряжение не изменится. Увеличить толщину. Исходя из последней формулы, верхняя граница увеличится приблизительно во столько раз, во сколько увеличится толщина. Однако не стоит забывать и про чувствительность , т. к. вследствие изменения параметров биморфа изменяется и полезный сигнал. 

                                (2.31)

Будем рассматривать второе слагаемое, т. к. на высоких оборотах оно играет более существенную роль: М и h скомпенсируют друг друга, а Щ2 и ∆ дадут пропорциональность в первой степени. Таким образом, тоже увеличится пропорционально первой степени h. Увеличив толщину на 25%, увеличится с 570 до 700 об/с – т. е. тоже приблизительно на 25%,   увеличится с 47 B до 59 B.  Это улучшение достигнуто за счет уменьшения ширины диапазона и чувствительности. Т. е. характеристика будет сильно нелинейна.

Увеличить ширину. От ширины интересующие нас параметры не зависят, поэтому ее изменения носят чисто конструкторско-технологический характер. Уменьшить длину. Изменение верхней границы обратно пропорционально второй степени изменения длины, при неизменном напряжении. При уменьшении длины на четверть,  верхняя граница диапазона увеличится с 570 до 870, а напряжение не изменится и будет равняться 47 B. Чувствительность упадет, а что будет с крутизной не понятно, т. к. для оценки нужно знать еще и нижнюю границу диапазона, границу чувствительности.

Изложенные зависимости отражены на графиках (рис. 2.11, 2.12):

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 2.11: График зависимости верхней границы динамического диапазона от электро-физических параметров. 

Рис. 2.12: График зависимости максимального информационного  напряжения от электро-физических параметров. 

Для того чтобы крутизна была больше, нужно работать ближе к резонансу системы, но ни в коем случае не попадать в него. Из части 2.1.2 главы II следует, что    и . Эта разница должна быть как можно меньше, но в то же время гарантировать линейность характеристики и то, что  колебания из-за случайных факторов не перейдут в другие режимы. Графически эти границы представлены на рис. 2.13.

Рис. 2.13: Область допустимых значений для частот.

С учетом всего выше сказанного,  в работе были получены характеристики, изображенные на рис. 2.14 и  рис. 2.15, значения параметров отображены в таблице 2:

Таблица 2: Электрофизические параметры системы.


Начальные параметры

L, мм

b, мм

h, мм

U10, B

щ/2р, Гц

щ0/2р, Гц

20

4

1,4

15

1507

1636


Рис. 2.14: Зависимость амплитуды колебаний от скорости вращения объекта.

Рис.  2.15: Зависимость амплитуды напряжения от скорости вращения объекта.

Результаты таковы, что в диапазоне 200 – 400 об/с достигнута крутизна преобразования в 4,5 мВ/об при нелинейности 5%, что соответствует уровню аналогов, но в более высоком динамическом диапазоне.

Заключение

       В дипломной работе исследованы физические аспекты создания бортового датчика угловых скоростей для диапазона 200-400 об/с. Рассматрена ситуация, когда датчик и исследуемый вращающийся объект находятся в одной и той же неинерциальной системе координат, т. е. ситуация элемента бесплатформенной инерциальной навигационной системы.

    В ходе работы получены следующие основные результаты: Представлен аналитический обзор, включающий:

- принципы функционирования различных ДУС

- выбор и обоснование аналога -  вибрационного твердотельного гироскопа на основе силы Кориолиса

- формулировки и обоснования физических причин ограничения верхнего предела динамического диапазона аналога

    Представлено физическое обоснование возможности построения высокоскоростного ДУС на основе центробежной силы Показано, что в предлагаемой конструкции сила Кориолиса не лимитирует верхний предел динамического диапазона измерений Проведен теоретический анализ работы сенсора балочного типа, в ходе которого построено и решено уравнение колебаний с учетом действия центробежных сил Показано, что решение уравнения колебаний распадается на четыре составляющих, реализуемых при различных сочетаниях частот (собственной, вынуждающей и контролируемой).  Лишь в одном случае из четырех наличие центробежной силы позволяет сохранить гармонические колебания Путем количественных оценок показано, что чувствительность и нелинейность в предложенной модели находится на уровне аналогов 4-5   и 5% соответственно, а динамический диапазон на порядок выше.

Список литературы


, , Шарапова датчики – Москва: Техносфера, 2006. – 632 с. и др. Малогабаритные пьезоэлектрические вибрационные гироскопы: особенности и области применения. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2006, №8, с.62-64. Acar C, Shkel A. MEMS Vibratory Gyroskopes. Structural Approaches to Improve Robustness. – New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2009. Acar C, Shkel A. An Approach for increasing Drive-Mode Bandwidth of MEMS Vibratory Gyroskopes. – Journal of Microelectromechanical Systems. - Vol. 14. - N. 3. – 2005. - p. 520-528. ЭМС-гироскопы – единство выбора. – Электроника: наука, технология, бизнес. – 2007. –№ 1. – C. 76-85. Сивухин курс физики. Том 1. Механика Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—197 European Patent Application EP 1416249 A1, приоритет от 28 октября US Patent 6.862.934 , приоритет от 01.01.01 года. Geen J., Krakauer D. New iMEMS Angular-Rate-Sensing Gyroscope. — Analog Dialogue, 37–03 (2003), www. . Putty M. W. A micromachined vibrating ring gyroscope. — Ph. D. dissertation, University of Michigan, Ann Arbor, March 1995. Putty M. W., Najafi K. A Micromachined Vibrating Ring Gyroscope. —Solid-State Sensors and Actuators Workshop, Hilton Head, SC, June 1994, p. 213–220. Ayazi F., Najafi K. A HARPSS Polysilicon Vibrating Ring Gyroscope. — Journal Of Microelectromechanical Systems, Vol. 10, № 2, June 2001. Guohong He, Khalil Najafi. A Single-Crystal Silicon Vibrating Ring Gyroscope. MEMS 2002: micro electro mechanical systems, Las Vegas NV, 20–24 January 2002. Zaman M. F., Sharma A., Amini B. V., Ayazi F. The resonating star gyroscope. — Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference (MEMS’05), Miami, FL, Jan. 2005, p. 355–358. Juneau T., Pisano A. P., and Smith J. H. Dual axis operation of a micromachined rate gyroscope. — Proc., IEEE 1997 Int. Conf. on Solid State Sensors and Actuators (Tranducers ’97), Chicago,  June 16–19, p. 883–886. , и др. Обзор микрогироскопов, формированных по технологии поверхностной или объемной микромеханики. — Нано-и микросистемная техника, 2002, № 8,

с. 2-6.

Cenk Acar and Andrei M. Shkel. An Approach for Increasing Drive-Mode Bandwidth of MEMS Vibratory Gyroscopes. — Journal оf Microelectromechanical Systems, Vol. 14, №3, June 2005, p.520–528. , , Шарапова преобразователи физических величин – Черкассы: ЧГТУ, 2005.

– 631 с.



Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9